Theo Wikipedia, Glycogen là một polysaccharide có cấu trúc phân nhánh từ glucose, giữ vai trò dự trữ năng lượng trong cơ thể động vật và nấm. Cùng tìm hiểu về glycogen, cấu trúc của nó, cơ chế hình thành và hoạt động của nó.
TÓM TẮT
1. Glycogen là gì?
Wikipedia định nghĩa glycogen là một polysaccharide phân nhánh của glucose, đóng vai trò quan trọng trong việc dự trữ năng lượng ở động vật và nấm.
2. Cấu trúc của Glycogen như thế nào ?
Glycogen là dạng dự trữ glucid ở động vật, tương tự như tinh bột ở thực vật nhưng có các nhánh phân nhánh dày đặc hơn. Glycogen có các liên kết α-D 1-4 và α-D 1-6 glucoside, với mỗi nhánh α-D 1-6 xuất hiện sau mỗi 8-10 phân tử glucose. Glycogen nhiều nhất ở gan (chiếm 5-7% khối lượng gan) và cơ (chiếm 2% khối lượng cơ).
Hàm lượng này có thể bị thay đổi phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý (đói, no, lao động, ngủ, thức…)
3. Cơ chế hình thành Glycogen
Glycogen được tổng hợp mạnh nhất ở gan và cơ xương. Ở gan, glycogen dự trữ glucose và điều hòa đường huyết. Ở cơ, glycogen phân giải thành glucose để cung cấp năng lượng ATP cho sự co cơ.
Quá trình tổng hợp glycogen bắt đầu từ G6P, sản phẩm của phản ứng phosphoryl hóa glucose xúc tác bởi hexokinase (ở gan) và glucose kinase (ở cơ): D-glucose + ATP → D-glucose-6-phosphate+ ADP
Phần lớn G6P là sản phẩm của con đường tân tạo glucose; glucose từ thức ăn được chuyển hóa thành lactat rồi thành G6P ở gan. Từ G6P, nó chuyển hóa thành G1P nhờ phosphoglucomutase: Glucose-6-phosphate↔Glucose-1-phosphate
Phản ứng quan trọng tiếp theo là tạo UDP-glucose (UDPG) dưới sự xúc tác của UDPG pyrophosphorylase: Glucose-1-phosphate+UTP→UDP-glucose+Ppi
UDPG đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển đổi galactose thành glucose, đồng thời là “chất cung cấp” gốc glucose cho quá trình tổng hợp glycogen nhờ tác dụng của enzyme glycogen synthase.
3.1. Khi có chuỗi glucan sẵn
Enzyme glycogen synthase chuyển gốc glycosyl từ UDPG đến đầu không khử của một phân tử glycogen sẵn có, tạo liên kết mới (α-1→4) glucosid.
Sau khi tạo ít nhất 6 phân tử glucose, enzyme gắn nhánh amylose (1→4-1→6)-transglycosylase hoặc glycosyl (4→6)-transferase sẽ tạo điểm nhánh mới (α-1→6) trong quá trình sinh tổng hợp glycogen.
3.2. Khi không có chuỗi glucan sẵn
Quá trình tổng hợp glycogen cần có protein mồi glycogenin. Các bước tổng hợp bao gồm:
- Bước 1: Gắn gốc glucose từ UDPG vào Tyr194 của glycogenin.
- Bước 2: Tạo phức hợp glycogenin với glycogen synthase.
- Bước 3: Kéo dài chuỗi glucan.
- Bước 4: Glycogen synthase tách khỏi glycogenin.
- Bước 5: Hoàn thành phân tử glycogen với sự phối hợp của glycogen synthase và enzyme gắn nhánh. Cuối cùng, glycogenin vẫn liên kết với một đầu của phân tử glycogen đã được hình thành.
4. Cơ chế hoạt động của Glycogen (sự thoái hóa Glycogen)
Quá trình thoái hóa glycogen diễn ra chủ yếu ở các tế bào gan. Trong cơ thể người và động vật, glycogen là dạng dự trữ năng lượng của các tế bào, với gan và cơ là hai nơi có tỷ lệ glycogen cao nhất. Ở gan, sự thoái hóa glycogen không chỉ cung cấp glucose cho bản thân gan mà còn sản sinh một lượng lớn glucose tự do để cung cấp cho các mô khác. Do đó, khi cơ thể xa bữa ăn (lúc đói), sự thoái hóa glycogen ở gan đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nồng độ glucose trong máu.
Trong mô cơ, khi tế bào hoạt động, nhu cầu năng lượng tăng lên đòi hỏi một lượng lớn glucose. Ngoài nguồn glucose từ máu, tế bào cơ còn phải thoái hóa glycogen dự trữ để tạo glucose-6-phosphat (G6P) phục vụ cho quá trình chuyển hóa năng lượng.
Sự thoái hóa của glycogen thành glucose trong tế bào được thực hiện nhờ một hệ thống enzyme, bao gồm phosphorylase – enzyme thủy phân các liên kết α 1-4-glucosid với sự tham gia của một gốc phosphate, giải phóng các phân tử glucose-1-phosphat (G1P) từ đầu không khử của mạch polysaccharide. Phosphorylase tồn tại dưới hai dạng: phosphorylase a (hoạt động) và phosphorylase b (không hoạt động). Hai dạng này có thể chuyển hóa qua lại nhờ các enzyme kinase (gắn gốc phosphate) và phosphatase (loại bỏ gốc phosphate).
Hoạt động của các enzyme này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố điều hòa như hormone và các sản phẩm chuyển hóa tế bào. Vì vậy, sự điều hòa enzyme ở gan và cơ có đặc thù riêng. Enzyme cắt nhánh (debranching enzyme) có hai chức năng: chuyển nhánh (transferase) – cắt liên kết α 1-4-glucosid và tạo liên kết mới, và amylo 1-6 glucosidase – thủy phân liên kết α 1-6 glucosid của các nhánh, giải phóng glucose tự do.
4. Các giai đoạn thoái hóa của Glycogen
Quá trình thoái hóa glycogen thành glucose có thể chia thành ba giai đoạn chính:
4.1 Thủy phân mạch thẳng của phân tử glycogen
Glycogen phosphorylase xúc tác phản ứng cắt gốc glucose ở đầu không khử của mạch thẳng glycogen, tạo ra G1P và mạch glycogen ngắn đi một phân tử glucose. Quá trình này lặp lại cho đến khi mạch chỉ còn lại 4 đơn vị glucose tại điểm nhánh (α 1-6).
Enzyme cắt nhánh (debranching enzyme) sẽ chuyển 3 gốc glucose của đoạn còn lại đến đầu mạch khác, tạo liên kết α 1-4 glucosid mới, tạo điều kiện cho phosphorylase tiếp tục hoạt động. Phần mạch nhánh còn lại chỉ còn một gốc glucose với liên kết α 1-6 glucosid.
4.2 Thủy phân mạch nhánh của phân tử glycogen
Khi mạch nhánh chỉ còn lại một gốc glucose, enzyme cắt nhánh thể hiện hoạt tính amylo 1-6 glucosidase, thủy phân liên kết α 1-6 glucosid, giải phóng glucose tự do. Sản phẩm của quá trình này là G1P (93%) và glucose tự do (7%).
Ở các mô, G1P sẽ được enzyme phosphoglucomutase đồng phân hóa thành G6P. Glucose tự do được phosphoryl hóa với sự tham gia của ATP và enzyme hexokinase để tạo G6P. G6P sẽ đi vào các con đường thoái hóa tiếp theo.
Ở gan, phần lớn G6P sẽ bị thủy phân bởi enzyme glucose 6-phosphatase để tạo glucose tự do, thấm qua màng tế bào vào máu tuần hoàn. Enzyme glucose 6-phosphatase chỉ có trong gan nên chỉ gan mới có khả năng cung cấp glucose nội sinh cho máu, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa đường huyết.
Hy vọng bạn đã hiểu rõ hơn về “Glycogen là gì”. Nếu thấy bài viết hữu ích, đừng quên chia sẻ nhé!
